抗裂防水劑對面板混凝土性能的影響

吳偉，李春茂，王龍，劉昭洋，劉歡

（1. 石家莊市長安育才建材有限公司，河北 石家莊 050000；2. 中國水利水電第五工程局有限公司中心試驗室，四川 成都 610015）

0 前言

與普通的水工大體積混凝土不同，面板混凝土是典型的薄型長條板狀結構，長、寬、厚三向尺寸相差懸殊，其產生裂縫的幾率比普通水工大體積混凝土更大?？沽逊浪畡┳鳛橐环N有效抗裂手段，在很多有防水要求工程都進行了應用，并取得了較好效果。但目前的研究主要是針抗裂防水劑對混凝土的抗滲以及收縮補償的影響[1-3]，對其他性能的影響關注較少。本文結合工程特點研究抗裂防水劑對面板混凝土性能的影響，關注其對抗壓、抗拉以及抗裂性能的影響。

1 原材料

（1）水泥：選用葉城天山 P·O42.5 水泥，渤氏法比表面積 355m2/kg，密度 3.08g/cm3，按 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥標準》檢測數據見表 1。

表1 水泥物檢數據

（2）粉煤灰：選用喀什華電Ⅰ級粉煤灰，按 DL/T 5055—2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》檢測數據見表 2。

表2 粉煤灰物檢數據

（3）細骨料：天然骨料破碎混合摻配人工骨料，細度模數 2.66，表觀密度 2710kg/m3，堆積密度1610kg/m3，吸水率 1.1%。

（4）粗骨料：天然骨料 5～20mm（小石）表觀密度 2720kg/m3，堆積密度 1580kg/m3，吸水率 0.5%，針片狀含量 5%；20～40mm 骨料（大石）表觀密度2730kg/m3，堆積密度 1590kg/m3，吸水率 0.42%，針片狀含量 3%。

（5）減水劑：石家莊市長安育才建材有限公司 GK-3000 磷酸基改性聚羧酸減水劑[1-2]，依據 GB 8076—2008《混凝土外加劑》檢測，摻量 1%，減水率32.4%。

引氣劑：石家莊市長安育才建材有限公司 GK-9A，依據 GB 8076—2008《混凝土外加劑》檢測，摻量0.01%，含氣量 5.2%，減水率 8.6%。

抗裂防水劑：選用石家莊市長安育才建材有限公司 GK-6A[3]，依據 JC/T 474—2008《砂漿、混凝土防水劑》檢測，摻量 2%，吸水量比 42%，泌水率比 46%，滲透高度比 22%。

面板壩混凝土設計等級為 C30W12F300，其施工配合比見表 3。

表3 面板壩混凝土基準施工配比 kg/m3

2 試驗方法

本文所有試件均采用標準養護，成型后室內20℃±5℃ 靜置 24h，然后拆模放入標準養護室，分別養護混凝土至 3d、7d 和 28d 齡期，取出后進行混凝土性能測試。對混凝土性能的測試均依據 DL/T 5150—2017《水工混凝土試驗規程》，測試內容包括：抗壓強度、劈拉強度、彈性模量和體積變形。

對混凝土抗裂性能評定，早期抗裂采用 CCES 01—2004《混凝土結構耐久性設計與施工指南》中的平板法以及采用劈拉強度/抗壓強度和彈性模量/抗壓強度[4]進行。

3 結果與討論

3.1 抗裂防水劑對混凝土

在基準配比上分別外加 6%，8% 和 10% 抗裂防水劑并等量替代粉煤灰，同時調節減水劑和引氣劑摻量保證混凝土出機坍落度 70～90mm，含氣量 5.0%～5.5%。在此條件下驗證抗裂防水劑對混凝土性能的影響。

表4 不同抗裂防水劑摻量坍落度和含氣量

3.1.1 抗壓強度影響

分別考察 6%～10% 摻量抗裂防水劑對面板壩配比抗壓強度的影響，試驗結果見表 5 和圖 1。

由表 5 和圖 1 可以看出，隨著抗裂防水劑摻量增加，7d 和 28d 強度呈現下降趨勢，在 10% 摻量強度降低幅度最大為 5%。但是在 90d 齡期混凝土強度隨著抗裂防水劑摻量增加，最大增幅為 7%。以上加入抗裂防水劑配比均滿足 C30W12F300 強度設計要求。

表5 不同摻量抗裂防水劑對抗壓強度的影響 MPa

圖1 抗裂防水劑對抗壓強度的影響

3.1.2 劈拉強度影響

分別考察 6%～10% 摻量抗裂防水劑對面板壩配比抗壓強度的影響，試驗結果見表 6 和圖 2。

表6 不同摻量抗裂防水劑對劈拉強度的影響 MPa

圖2 抗裂防水劑對劈拉強度的影響

由表 6 和圖 2 可以看出，劈拉強度發展與抗壓強度發展類似，7d 和 28d 均隨著抗裂防水劑摻量增加強度下降，最大降幅為 7.6%（10% 摻量）；90d 劈拉強度隨抗裂防水劑摻量增加而增長，最大增幅為 4.7%（10% 摻量 ）。

3.1.3 彈性模量的影響

彈性模量反映了面板壩混凝土形變的能力。試驗檢測不同量的抗裂防水劑對彈性模量的影響，結果見表 7和圖 3。

表7 不同摻量抗裂防水劑對彈性模量的影響 GPa

圖3 抗裂防水劑對彈性模量的影響

由表 7 和圖 3 可以看出，加入抗裂防水劑后彈性模量與基準差異不大，偏差幅度在 5% 以內。

3.1.4 抗裂性能的影響

對于面板壩而言，抗裂能力是混凝土重要的性能之一?；炷辆哂袃灝惪沽研阅躘5]需具備較高的抗拉強度、較大的極限拉伸以及較低的彈性模量。為了探索抗裂防水劑對混凝土抗裂性能的影響，以 6%～10% 摻量的抗裂防水劑研究其對極限拉伸值、劈拉強度/抗壓強度、彈性模量/抗壓強度以及干縮率進行對比分析?；炷恋臉O限拉伸值如表 8 所示。

由表 8 可以看出，隨著抗裂防水劑用量增加，在7d 和 28d 極限拉伸值出現下降的趨勢，在 90d 齡期極限拉伸值出現小幅上漲的趨勢?？沽逊浪畡炷猎缙跇O限拉伸有小幅度的負面影響，但在長期齡期對極限拉伸有小幅增強作用。

表8 不同摻量抗裂防水劑極限拉伸值 ×10-6

由表 5～7 數據可以得出不同摻量抗裂防水劑對拉壓比和彈壓比的影響，見表 9。

表9 不同摻量抗裂防水劑對拉壓和彈壓比的影響

隨著摻量增加，拉壓比出現小幅下降，說明抗裂防水劑加入并未改善混凝土脆性。隨著摻量增加，7d 和28d 彈壓比與基準基本持平，90d 彈壓比隨摻量增加出現下降趨勢，說明開裂防水劑加入有利于長齡期混凝土的抗變形能力。

對混凝土 3～28d 干縮測試結果見表 10。

表10 不同摻量抗裂防水劑對干縮率的影響

由表 10 測試數據可知，隨著抗裂防水劑摻量增加，混凝土 3～28d 干縮率隨之減小，說明抗裂防水劑對混凝土的干縮有一定抑制作用。

為了驗證抗裂防水劑對塑性階段混凝土開裂的抑制作用，采用基準配比與摻加 10% 抗裂防水劑的混凝土進行平板開裂試驗，數據見表 11。

表11 抗裂防水劑平板開裂試驗

由平板試驗可以看出，加入抗裂防水劑后，混凝土的開裂時間延長 118min，抗裂面積下降 61%，開裂數目減少 3 根/mm2，開裂面積下降 50%，但是抗裂等級并未變化，抗裂防水劑對塑性階段裂縫抑制作用并不明顯。

4 結論

本文考察了抗裂防水劑對混凝土性能的影響，其結論如下：

（1）在此摻量范圍內，混凝土抗壓、劈拉強度在7～28d 強度隨抗裂防水劑摻量增加出現小幅降低，但90d 齡期強度隨抗裂防水劑摻量增加而提高。

（2）抗裂防水劑摻量對混凝土彈性模量影響較小。

（3）隨著抗裂防水劑用量增加，在 7d 和 28d 極限拉伸值出現下降的趨勢，在 90d 齡期極限拉伸值出現小幅上漲的趨勢。

（4）隨著抗裂防水劑摻量增加，拉壓比出現小幅下降，說明其并未改善混凝土脆性；隨著摻量增加，7d和 28d 彈壓比與基準基本持平，90d 彈壓比隨摻量增加出現下降趨勢，說明開裂防水劑加入有利于長齡期混凝土的抗變形能力。

（5）抗裂防水劑可以明顯改善混凝土干縮，但其對塑性階段裂縫抑制效果并不明顯。